一种高速断路器及其跳闸控制回路的制作方法

1.本发明属于电力系统中的高压开关设备领域，具体涉及一种高速断路器及其跳闸控制回路。


背景技术：

2.随着电网规模日益增大，导致部分站点短路电流水平逐年升高。常规断路器开断耗时长，短路电流存在的时间长，对电网系统造成很大的冲击，危害电网及设备安全。
3.如图1所示的常规断路器跳闸控制回路，断路器跳闸机构启动过程为：保护装置通过光纤发出的跳闸命令经智能终端或操作箱转化成保护分闸命令出口，保护分闸命令出口同时使分闸线圈和分闸保持继电器带电。分闸线圈励磁吸合电磁铁动作驱动阀杆启动断路器机构；分闸保持继电器利用自身接点与分闸线圈形成自保持，使分闸线圈带电直至辅助开关动作，切断分闸回路。另外，断路器分闸回路串接低气压、低油压闭锁继电器节点，实现低气压、低油压闭锁跳闸操作。其中，光纤数据分闸命令转化成保护分闸命令出口的时间为7ms，分闸线圈励磁以及机构启动耗时11ms，从保护装置命令发出至断路器机构启动的时间为18ms。
4.常规断路器机构跳闸操作控制回路采用电磁阀技术，继电保护出口和电磁阀励磁时间较长，断路器机构启动耗时过长，延缓了断路器的整体开断时间。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种高速断路器及其跳闸控制回路，用以解决常规断路器跳闸时间长的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明所包括的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
7.本发明提供了一种高速断路器跳闸控制回路的方案，包括控制器和斥力阀；所述斥力阀包括斥力线圈、斥力盘；所述斥力线圈用于在通电后对斥力盘产生斥力，通过斥力盘驱动断路器跳闸；所述斥力线圈两端与跳闸驱动回路相连；所述跳闸驱动回路由储能装置和触发开关串联构成；所述触发开关的控制端由控制器控制；所述控制器用于根据保护装置发出的跳闸命令通过触发开关的控制端控制触发开关导通；所述储能装置在每次跳闸动作后进行储能。
8.上述技术方案的有益效果为：与传统采用电磁阀技术的断路器跳闸控制回路比较，本发明大幅缩减跳闸过程中断路器机构启动时间，实现断路器机构快速启动，保证断路器可靠动作。同时，智能控制器可监测回路内元件运行状态以及断路器本体、机构的运行状态，通过内部逻辑判断实现故障闭锁和报警功能，保障电网及设备的安全。
9.进一步的，所述控制器通过规约解码器、光电转换以及光纤与保护装置连接。
10.进一步的，通过io接口和光电隔离向控制器供电。
11.进一步的，所述触发开关采用光控晶闸管，当控制器接收到跳闸命令时，导通光控
晶闸管触发电路。
12.本发明还提供了一种高速断路器的方案，包括高速断路器本体和高速的断路器跳闸控制回路；所述高速断路器跳闸控制回路包括控制器和斥力阀；所述斥力阀包括斥力线圈、斥力盘；所述斥力线圈用于在通电后对斥力盘产生斥力，通过斥力盘驱动断路器跳闸；所述斥力线圈两端与跳闸驱动回路相连；所述跳闸驱动回路由储能装置和触发开关串联构成；所述触发开关的控制端由控制器控制；所述控制器用于根据保护装置发出的跳闸命令通过触发开关的控制端控制触发开关导通；所述储能装置在每次跳闸动作后进行储能。
13.上述技术方案的有益效果为：与传统采用电磁阀技术的断路器跳闸控制回路比较，本发明大幅缩减跳闸过程中断路器机构启动时间，实现断路器机构快速启动，保证断路器可靠动作。同时，智能控制器可监测回路内元件运行状态以及断路器本体、机构的运行状态，通过内部逻辑判断实现故障闭锁和报警功能，保障电网及设备的安全。
14.进一步的，所述控制器通过规约解码器、光电转换以及光纤与保护装置连接。
15.进一步的，通过io接口和光电隔离向控制器供电。
16.进一步的，所述触发开关采用光控晶闸管，当控制器接收到跳闸命令时，导通光控晶闸管触发电路。
附图说明
17.图1是现有技术中基于电磁阀技术的断路器跳闸控制回路；
18.图2是本发明中的高速断路器的跳闸控制回路；
19.图3是本发明中的跳闸操作触发控制逻辑图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
21.跳闸控制回路实施例：
22.本发明的基本构思为：高速断路器可以限制短路电流对电网的冲击，消除过大的短路电流对电力系统的安全稳定运行以及电气设备本身产的生危害。目前，部分地区220kv以上的分段间隔断路器已开始使用高速断路器。在交流电网中的重点负荷地区，高速断路器的市场需求潜力巨大。
23.采用斥力阀代替常规电磁阀作为断路器机构的跳闸控制模块。斥力阀动作时间远小于电磁阀的励磁和动作时间。斥力阀的启动过程为：接受跳闸命令后，光控晶闸管控制脉冲电容对斥力阀线圈放电，线圈中脉冲电流在金属盘中感应涡流，线圈和金属盘产生斥力，驱动金属盘带动阀杆启动液压碟簧机构油路，使断路器分闸。
24.采用智能控制器控制断路器跳闸，智能控制器通过光纤与保护装置通讯，智能控制器接收保护装置发出的跳闸命令后将光纤信号命令转化成大功率光信号，触发光控晶闸管，导通斥力线圈充电回路，使斥力阀动作。光纤信号命令转化时间为微秒级，可使保护装置发出的跳闸命令快速到达断路器机构跳闸控制模块；使控制回路可靠运行同时保证断路器本体可靠分断。
25.智能控制器具备回路运行状态监测功能，可监测脉冲电容电压、监测晶闸管运行状态和监测通讯是否正常，实现回路运行状态监测；监视脉冲电容电压并且控制充电机给
脉冲电容充放电，使脉冲电容电压始终保持在一定值，保证断路器跳闸时脉冲电容可靠放电。
26.智能控制器可接收断路器机构低油压、断路器气室低气压、断路器分合位信号、断路器远近等开关量信号，实现低油压、低气压闭锁跳闸的功能。
27.智能控制器可通过光纤将跳闸回路运行状态和断路器的运行状态实时反馈给保护或测控装置，实现故障报警功能；控制器内部进行逻辑判断，当断路器本体低气压或机构低油压时闭锁跳闸命令；控制器与保护装置、测控装置实时通讯，反馈断路器运行状态和控制回路内元件运行状态，并检测与保护装置实时通讯是否正常。
28.如图2所示，高速断路器机构的跳闸控制回路的具体工作原理为：采用斥力阀启动断路器机构。断路器跳闸时，光控晶闸管导通，储能电容通过斥力线圈放电，斥力线圈中流过脉冲电流，该电流在金属盘中感应出与线圈电流方向相反的涡流，从而产生斥力，驱动金属盘带动阀杆以启动断路器机构。
29.基于斥力阀的控制原理开发出全新的跳闸控制回路，控制回路内集成智能控制器，控制器内含cpu、光电转换器、规约解码器，光控晶闸管控制回路等；控制器通过光纤接收快速保护装置的跳闸命令，通讯协议为iec60044-8协议；保护装置数据命令经光电转换器、规约解码器、cpu和光控晶闸管控制回路最终转换为大功率光信号，并以此导通光控晶闸管。
30.将数据命令转化为大功率光信号的时间为微秒级，加上斥力机构启动机构时间，从保护装置命令发出至断路器机构启动，整个过程的耗时3ms。可知，相较于基于电磁阀技术的断路器机构启动过程耗时18ms来说，本发明设计的高速断路器跳闸回路使断路器机构启动时间大为缩减。
31.具体为：
32.1、智能控制器跳闸命令出口
33.如图3所示，智能控制器通过光纤与保护装置通讯。接到保护装置的跳闸命令后，经光电转换器将光信号转成电信号，规约解码器根据通讯协议对命令进行解码。同时，智能控制器通过电气接线接收断路器本体的开关量信号，如：分合闸位置、低气压、低油压、远近控等信号。通过上述开关量信号判断断路器状态。智能控制器同时监视电容电压以及晶闸管状态是否正常。集成上述信息后，cpu进行逻辑判断，在断路器状态、电容电压、晶闸管状态允许时发跳闸命令。否则，智能控制器会闭锁跳闸命令。
34.2、电容充放电回路控制
35.控制器通过光纤与充电机通讯，控制充电机对脉冲电容充放电。控制器通过光纤与电压监测模块通讯，实时监测脉冲电容电压。控制器监测到脉冲电容电压降低就控制充电机给冲脉冲电容充电，使脉冲电容工作在浮充状态，保证脉冲电容电压在一定值，从而保证电容可靠放电。另外，脉冲电容配置手动放电回路，可利用手动开关将脉冲电容能量释放，保证维护检修时，运维人员的安全。
36.本发明采用高速断路器跳闸控制回路，缩减断路器跳闸操作过程中的断路器机构的启动时间。高速断路器跳闸控制回路具备监测回路内元件运行状态功能以及监测断路器运行状态功能，可实现相关闭锁功能，如：晶闸管故障闭锁、断路器气室低气压闭锁、机构低油压闭锁等，提升断路器运行的可靠性。
37.高速断路器实施例：
38.本发明的一种高速断路器的硬件结构和具体实施方法已经在高速断路器跳闸控制回路实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。
39.以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种高速断路器跳闸控制回路，其特征在于，包括控制器和斥力阀；所述斥力阀包括斥力线圈、斥力盘；所述斥力线圈用于在通电后对斥力盘产生斥力，通过斥力盘驱动断路器跳闸；所述斥力线圈两端与跳闸驱动回路相连；所述跳闸驱动回路由储能装置和触发开关串联构成；所述触发开关的控制端由控制器控制；所述控制器用于根据保护装置发出的跳闸命令通过触发开关的控制端控制触发开关导通；所述储能装置在每次跳闸动作后进行储能。2.根据权利要求1所述的高速断路器跳闸控制回路，其特征在于，所述控制器通过规约解码器、光电转换以及光纤与保护装置连接。3.根据权利要求1所述的高速断路器跳闸控制回路，其特征在于，通过io接口和光电隔离向控制器供电。4.根据权利要求1所述的高速断路器跳闸控制回路，其特征在于，所述触发开关采用光控晶闸管，当控制器接收到跳闸命令时，导通光控晶闸管触发电路。5.一种高速断路器，其特征在于，包括高速断路器本体和高速的断路器跳闸控制回路；所述高速断路器跳闸控制回路包括控制器和斥力阀；所述斥力阀包括斥力线圈、斥力盘；所述斥力线圈用于在通电后对斥力盘产生斥力，通过斥力盘驱动断路器跳闸；所述斥力线圈两端与跳闸驱动回路相连；所述跳闸驱动回路由储能装置和触发开关串联构成；所述触发开关的控制端由控制器控制；所述控制器用于根据保护装置发出的跳闸命令通过触发开关的控制端控制触发开关导通；所述储能装置在每次跳闸动作后进行储能。6.根据权利要求5所述的高速断路器，其特征在于，所述控制器通过规约解码器、光电转换以及光纤与保护装置连接。7.根据权利要求5所述的高速断路器，其特征在于，通过io接口和光电隔离向控制器供电。8.根据权利要求5所述的高速断路器，其特征在于，所述触发开关采用光控晶闸管，当控制器接收到跳闸命令时，导通光控晶闸管触发电路。

技术总结
本发明涉及电力系统中的高压开关设备领域，公开了一种高速断路器及其跳闸控制回路，包括控制器和斥力阀；所述斥力阀包括斥力线圈、斥力盘和斥力阀杆；所述斥力线圈用于在通电后产生斥力，驱动斥力盘带动斥力阀杆启动断路器跳闸；所述斥力线圈两端与跳闸驱动回路相连；所述跳闸驱动回路由储能装置和触发开关串联构成；所述触发开关的控制端与控制器中的CPU连接；所述CPU用于根据保护装置发出的命令通过触发开关的控制端控制触发开关导通；所述储能装置用于为驱动线圈通电。大幅缩减跳闸过程中断路器机构启动时间，实现断路器机构快速启动，保证断路器可靠动作，保障电网及设备的安全。安全。安全。


技术研发人员：代忠滨 彭斌 张利欣 黄坤鹏 李健 赵平 段启超 王成名 李金环 侯聪 王文超 赵丽丽 李久良 李世亚 贺莹莹 朱琼琼 郑林楠 于海龙
受保护的技术使用者：河南平高电气股份有限公司
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/8/9